植物疾病的共同演化

 

小麥（左）與黑麥（右）。圖片來源：ChatGPT

2019年底，一個神秘的疾病出現在中國武漢。迅速地，這種疾病--後來被命名為COVID-19--遍佈全球。

到現在，還是沒有人能確定到底COVID-19的病毒源自何方。最被廣為接受的說法是來自蝙蝠，因為棲地的減少而增加了與人類的接觸，導致蝙蝠身上的病毒有了練習侵入人類的機會。然後，忽然之間，就是全面入侵。

植物界有沒有這樣的事情呢？

最近在《自然生態與演化學》期刊的一篇論文，探討了兩種大流行植物疾病——小麥爆炸病（Wheat blast）和黑麥草灰斑病（grey leaf spot of ryegrasses）的共同演化。這些病害是由真菌稻熱病菌（Pyricularia oryzae）引起的，它們通過與不同寄主專化群體的交配和遺傳混合，進行了跨種跳躍。研究發現，這些病害是在大約60年前的第一次交配事件中產生的，在這個事件中，稻熱病菌中適應Eleusine（一種稱為指甲薊的草本植物）的一個個體與來自Urochloa（一種稱為信標草的草本植物）的另一個個體進行了交配。這次交配導致了遺傳材料的交換和重組。

約在10年後，這次交配產生的單一後代又與來自三個其他寄主專化群體的少數個體進行了一系列交配。這一系列的交配事件導致了非功能性基因的重新組合，可能促成了這些真菌跨越物種界限，感染了新的寄主植物，例如小麥和黑麥草。這種遺傳混合和重組過程對於這些病原體適應新宿主至關重要，揭示了植物病原體如何透過跨越物種界限來演化和形成新的疾病。

研究還顯示，自創始事件以來，只有很少的突變出現，且這些突變大多是個體特有的。因此，適應小麥或黑麥草宿主似乎是瞬間完成的，完全是由對重新分配的現有變異的選擇驅動的，對新形成的突變沒有明顯的作用。文章指出，多種新植物疾病的出現是由病原體群體跨越了原本阻止感染非寄主的遺傳障礙。一般認為，新疾病的開始是由寄主跳躍接著是適應期，這導致了病原體健康狀況和傳播的逐漸增加。

這項研究的結果提供了關於小麥爆炸病和黑麥草灰斑病共同演化的重要見解，並表明它們是在一個多重雜交群體中進化的。這種重新組合和選擇過程揭示了植物病原體進化和新疾病出現的一種機制，這種機制涉及在同一物種內不同譜系之間的混合（雜交）。

參考文獻：

Rahnama, M., Condon, B., Ascari, J.P. et al. Recent co-evolution of two pandemic plant diseases in a multi-hybrid swarm. Nat Ecol Evol (2023). https://doi.org/10.1038/s41559-023-02237-z